シリカ系分子ふるい膜のネットワーク制御とNormalized Knudsen-based Permeance（NKP）法による細孔径評価

Masakoto Kanezashi; 金指正言; Toshinori Tsuru; 都留稔了

doi:10.20731/zeoraito.35.1.13

シリカ系分子ふるい膜のネットワーク制御とNormalized Knudsen-based Permeance（NKP）法による細孔径評価Design of Amorphous Silica Network Structure for Molecular Sieving Membranes and Evaluation of Pore Size by Normalized Knudsen-based Permeance (NKP)

金指正言，都留稔了Masakoto Kanezashi, Toshinori Tsuru

広島大学大学院工学研究科化学工学専攻Department of Chemical Engineering, Graduate School of Engineering, Hiroshima University ◇ 〒739–8527 広島県東広島市鏡山1–4–1 ◇ Kagamiyama 1–4–1, Higashi-hiroshima-shi, 739–8527 Hiroshima, Japan

受理日：2017年11月22日Accepted: November 22, 2017

発行日：2018年1月15日Published: January 15, 2018

アモルファスシリカ膜は，結晶性シリカよりもルースであるため，水素やヘリウムはアモルファスシリカネットワークを透過することができる。また，気相蒸着（CVD）法，ゾル–ゲル法による水素分離膜は，他の無機材料と比較して薄膜での製膜が可能であることから，高水素選択透過性を示すことが報告されている。本稿ではゾル–ゲル法によるアモルファスシリカネットワーク構造制御として，ネットワーク構造の均一制御の可能性が示された，環状アルコキシド法，アニオンであるフッ素をシリカネットワークにドープするアニオンドープ法について紹介する。また，サブナノサイズの細孔径を定量的に評価可能な手法として近年注目されている，Normalized Knudsen-based Permeance（NKP）プロット，k₀プロットについて紹介し，シリカ系膜における水素有効分子サイズについて解説する。

Amorphous silica membrane has loose structure in comparison with cristobalite crystal structure, so that helium and hydrogen with small molecular size can permeate through amorphous structure. The potential for thin-layer formations of less than 100 nm via CVD and sol–gel method in comparison with other inorganic materials can dramatically improve He and H₂ perm-selectivity. Here, cyclic alkoxides method as well as fluorine doping via sol-gel method for tailoring the uniform amorphous silica structure with pore sizes in the sub-nano meter range are introduced. Normalized Knudsen-based Permeance (NKP) and k₀ plot derived from modified gas translation (GT) model for the quantitative evaluation of pore size with sub-nano meter range is reviewed. In addition, the effective molecular size of H₂ for its permeation through an amorphous silica network is discussed based on the results of k₀ plot, activation energy, and each permeance ratio.

キーワード：アモルファスシリカ膜；細孔径制御；分子ふるい；Normalized Knudsen-based Permeance (NKP)；活性化エネルギー

Key words: amorphous silica membrane; pore size control; molecular sieving; Normalized Knudsen-based Permeance (NKP); activation energy

日本ゼオライト学会　刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

解説解説

シリカ系分子ふるい膜のネットワーク制御とNormalized Knudsen-based Permeance（NKP）法による細孔径評価Design of Amorphous Silica Network Structure for Molecular Sieving Membranes and Evaluation of Pore Size by Normalized Knudsen-based Permeance (NKP)